基于α能谱分析的放射性气溶胶监测仪硬件设计

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气溶胶中总α总β放射性监测实验问题研究

INTERPRETA TION区域治理气溶胶中总α总β放射性监测实验问题研究山东省核与辐射安全监测中心核电二科张晓敬摘要：随着核技术利用和核能的快速发展，使环境监测扮演着越来越重要的角色，其中，空气中放射性监测是重要的监测指标，我们每时每刻都在与空气接触，空气中放射性核素超标会严重影响到我们的身体健康，所以对气溶胶的放射性监测是必要的，而总α、总β放射性监测能快速的确定气溶胶中放射性核素水平，本文通过对前期实验总结，对气溶胶中总α、总β放射性监测实验过程遇到的问题进行了汇总，并对相关问题进行了探讨。

关键词：气溶胶；总α放射性；总β放射性；问题探讨中图分类号：X83 文献标识码：A 文章编号：2096-4595（2020）13-091-0001在核设施运行和生产过程中，放射性矿石开采、加工和精制、核燃料制备、反应堆运行、放射性同位素生产和处理、核燃料化学处理和后处理、以及放射性废物处置等，都会产生放射性气溶胶，使核设施工作场所和环境的空气受到放射性气溶胶污染，进而影响到人们的身体健康，所以对大气的监测是十分必要的，但目前在气溶胶总α、总β放射性监测方面没有国家标准，参照水样中总α、总β监测方法进行监测，所以对试验过程中的一些操作细节未做规定，在前期气溶胶总α、总β放射性监测实验过程中，发现存在一些问题，需要去改进和优化。

一、实验原理实验原理参照《水质总α放射性测定厚源法》（HJ898-2017）[1]、《水质总β放射性测定厚源法》（HJ899-2017）[2]相关内容，即气溶胶处理成固体粉末，将放射性核素浓集到固体粉末上，制成样品源测定气溶胶总α、总β放射性。

（一）实验仪器PICMPC9604低本底α、β测量仪（ORTEC）（二）监测方法参照HJ898-2017、HJ899-2017方法，取采样体积大于10000m3的气溶胶样品，置于电子万用炉上加热，碳化。

然后转入马弗炉，350℃灼烧1小时，放入干燥器冷却至室温，称取残渣总质量。

α谱仪基本原理(党)

半宽高（分辨率）：在获得的能谱图上，单峰峰值一半处两点横坐标间的距离。常用FWHM表示。
探测效率：α谱仪的探测效率是指仪器对标准源的测量净计数率与标准源的α粒子的绝对发射率之比。
能量刻度：采用具备单能或多能的标准源对仪器的能量响应和能量坐标格式化。
放射性活度：给定时刻下，处于特定能态的一定量的放射性核素在单位时间内发生自发核跃迁的次数。符号位A，A=dN/dt,单位为贝克勒尔，1Bq=1s-1。
本底：指待测样品外的其他因素（探测器、环境的放射性核宇宙射线，噪音等）引起的测量贡献。
单能源：具备单一能量粒子的放射性核素平面源。如239Pu(5.157MeV)、241Am（5.485MeV）、210Po(5.305MeV)。
多能源：天然铀（4.20~7.688MeV）、天然钍（4.01~8.785MeV）。
技术指标：
分辨率：对241Am5.485MeV的半高宽小雨30keV（探测器直径等距条件）。
本底：正常工作条件下，在能区3~10MeV内1h计数不大于1.
短期稳定性：8h内241Am峰位相对漂移不大于0.05%。
长期稳定性：12h241Am峰位相对漂移不大于0.2%。
真空度：正常条件下，真空室在3min内真空度小于10Pa。
分辨率：测量检具为探测器直径，测量241Am标准平面源，对应5.485MeV全能峰的半高宽不大于30keV。
本底：测量仓室空置时，1h内，3~10MeV区域内总计数不大于1.
α谱仪基本原理：
放射性样品的α粒子与探测器相互作用，经前置放大器输出正比于α粒子能量的脉冲信号，经线性放大后输入多道脉冲分析器分析，得到的计数按照能量（（道址）分布的α粒子能谱，实现核素的识别垒、离子注入，一般面积大于100mm2.

210Pb分析方法在成都大气气溶胶中的应用

210Pb分析方法在成都大气气溶胶中的应用李雪泓;赵强;王茜;罗茂丹【摘要】用γ能谱法和放射化学法对大气气溶胶中210Pb的活度浓度进行测定,对比分析结果,γ能谱法能够满足大气环境气溶胶中210 Pb的常规监测.用γ能谱法对成都地区大气气溶胶中210Pb活度浓度进行了为期两年的采样监测,年平均浓度为1.50 mBq/m3,浓度变化有明显的季节性特征,冬季高夏季低.%Gamma ray spectrometry method and radiochemical method were introduced to measure the radioactivity concentrations of 210Pb in aerosol of Chengdu.Result of the two analytical methods were compared.Gamma ray spectrometry method can meet the routine monitoring of 210 Pb in atmospheric aerosol.From 2015 to 2016,the radioactivity concentrations of 210Pb in aerosol of Chengdu were determined by Gamma ray spectrometry method.The annual average concentrations of 210Pb were 1.50mBq/m3.The radioactivity concentrations reflected obvious seasonal trends.The 210Pb levels were higher in winter and lower in summer.【期刊名称】《四川环境》【年(卷),期】2017(036)004【总页数】5页(P142-146)【关键词】气溶胶;210pb活度浓度;γ能谱法;成都【作者】李雪泓;赵强;王茜;罗茂丹【作者单位】四川省辐射环境管理监测中心站,成都611139;四川省辐射环境管理监测中心站,成都611139;四川省辐射环境管理监测中心站,成都611139;四川省辐射环境管理监测中心站,成都611139【正文语种】中文【中图分类】X837210Pb是高毒、亲骨性放射性核素，属于4n+2天然放射系，半衰期22.3年。

QLM_01型放射性气溶胶连续监测仪的研制

第18卷　第3期核电子学与探测技术V o l118N o13 1998年5月N uclear E lectronics&D etecti on T echno logy M ay.1998Q LM-01型放射性气溶胶连续监测仪的研制李爱武　毛永　傅翠明　陆晓峰　卢正永(中国辐射防护研究院,太原120信箱,030006)吴能礼　刘德详　梁禹　林良元(国有八二一厂,成都345信箱,610006)本文介绍了QLM201型放射性气溶胶连续监测仪的性能指标、结构原理及灵敏度估算等重要问题。

该监测仪能连续自动地对空气中的Α气溶胶和Β气溶胶同时进行监测,在每30m in报告一次监测结果的情况下,其最小可探测限:对于Α气溶胶为0135Bq m3;对于Β气溶胶为20Bq m3;在每60m in报告一次监测结果的情况下,其最小可探测限还可降低。

本文还介绍了消除干扰的方法及由此引起的监测仪监测灵敏度的正确确定和估算方面的问题。

关键词:放射性气溶胶　连续监测仪　天然本底　最小可探测限　微机多道分析系统在核设施的各类职业工作场所中,由长寿命的Α、Β核素形成的放射性气溶胶是造成工作人员吸入危害的主要来源。

对重要的核设施工作场所的放射性气溶胶进行连续监测,不仅对于随时测定,从而控制工作场所的污染程度以保证工作人员健康具有重要意义,而且对于即时发现核设施的事故隐患,以便即时采取相关措施也具有实际意义。

QLM201型放射性气溶胶连续监测仪,从采样、测量、数据处理,直到仪器在运行中的各种故障探测均为自动控制和自动运行,监测仪能同时给出Α、Β气溶胶的污染浓度,这在国外同类仪器中并不多见。

1　监测仪的性能特性本仪器适用于只存在或同时存在Α或(和)Β气溶胶的工作场所,主要性能指标如下:1)监测的连续性　本监测仪采用每间隔一定时间报告一次监测数据的方法,报告数据的间隔时间可任意设置,通常为30或60m in报告一次监测结果。

2)监测灵敏度　在常规的222R n和220R n浓度情况下,每30m in报告一次监测结果时,按标准偏差的313倍估算的监测灵敏度为:对于Α气溶胶,其最小可探测限L(Α)≤0135B q m3;对Β气溶胶,L(Β)≤20B q m3。

南宁市大气气溶胶总α、总β放射性活度的测定

南宁市大气气溶胶总α、总β放射性活度的测定作者：黄璐璐莫达松潘扬昌谢安杰梁勇苏云鹏来源：《企业科技与发展》2016年第07期（广西分析测试研究中心，广西南宁 530022）【摘要】为初步探究南宁市环境空气放射性水平，文章对2015年南宁市大气气溶胶中总α、总β放射性进行测定，分析其浓度变化规律。

结果表明：2015年南宁市大气气溶胶中总α、总β放射性水平整体情况良好，总α、总β放射性含量随月份及季节变化不大，其比值K 为常数，趋于稳定。

【关键词】大气气溶胶；总α放射性；总β放射性【中图分类号】TL751 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）07-0137-03环境空气中放射性气溶胶主要是通过吸入途径进入人体，经过沉积、滞留、转移、排出等过程放射出α粒子、β粒子等，对人体产生内照射并具有较大的毒性，造成骨髓、肝、肾、甲状腺等靶器官明显损伤，引起造血障碍、病理性骨折等。

它在空气中停留时间长，对环境和人类都会产生危害[1]。

放射性气溶胶造成的大气放射性污染问题日益受到人们的关注，大气气溶胶放射性已成为各地辐射监测项目之一。

目前，大气环境放射性监测方法包括大气氡监测、气溶胶监测、沉降物监测、降水监测等，其中要以监测气溶胶中总α、总β放射性活度更直接地反映大气放射性污染的情况，其中α-β比值法相对其他监测方法而言，更为简单、方便、直观[2]。

α-β比值法是基于以下的原理建立：一般空气中的Rn、Th子体基本是处于平衡状态，因此在采样过程中其在气溶胶内的浓度保持不变，经过一段时间的累积取样后，样品中的总β和总α放射性比值K为常数。

本文采用α-β比值法对2015年南宁市大气气溶胶中总α、总β放射性进行监测，分析其浓度变化规律，并计算总β和总α放射性比值K，初步探究南宁市环境空气放射性水平。

1 样品来源及检测1.1 主要仪器TH-150C智能中流量空气总悬浮微粒采样器（武汉市天虹仪表有限责任公司）：流量范围为80～120 L/min，流量准确度为±2.5%，稳定性为±3%；具有流量调节、恒温、恒流控制装置及流量、压力及温度探头。

简述α能谱的定量解析方法

简述α能谱的定量解析方法
α能谱的定量解析方法是一种用于测量α粒子能量和强度的
技术。

α粒子是一种带正电荷的粒子，通常由放射性核素衰变产生。

α能谱的定量解析是通过测量α粒子的能谱，即测量α粒子的能
量分布和数量分布，来确定样品中放射性核素的种类和浓度。

定量解析α能谱的方法包括使用半导体探测器、闪烁体探测器
和气体探测器等。

这些探测器能够测量α粒子的能量和强度，并将
这些信息转化为电信号。

然后，通过对这些电信号进行分析和处理，可以得到α能谱的定量信息。

在实际应用中，定量解析α能谱的方法可以用于环境监测、核
材料分析、放射性医学和核能工业等领域。

通过对α能谱的定量解析，可以准确地确定样品中放射性核素的种类和浓度，为相关领域
的研究和应用提供重要的数据支持。

Alpha谱仪实验

α射线能谱测量实验报告核工1201 林勇 20120983一、实验目的：1、了解α谱仪的工作原理及其特性。

2、掌握应用谱仪测量α粒子能谱的方法。

3、测量获取表中各种放射源在不同真空度下的能谱图，为不同放射源、不同真空度、不同探源距下α能谱的解谱方法研究准备数据，同时为α能谱库的建立做一些探索性工作。

二、实验容1、测定谱仪的能量分辨率，并进行能量刻度。

2、测量未知α源的能谱，并确定α粒子能量。

三、实验原理1、α放射源α放射源是以发射α粒子为基本特征的放射源。

α粒子能量一般为4-8MeV，在空气中的射程为2.5-7.5cm，在固体中的射程为10-20um。

由于α粒子穿透物质的能力弱，为此，设计制备α放射源时必须考虑源的自吸收。

目前工业用的α放射源主要有241Am、238Pu、239Pu、244Cm(锔)和210Po(钋)等，用量最大的是241Am源。

因为241Am容易生产，价格便宜，而且半衰期长。

常用α放射源核素数据2、α谱仪本次试验仪器拟采用西南科技大学国防重点试验室α能谱仪，该α谱仪为美国ORTEC公司生产的8通道α能谱仪，型号为：ALPHA-ENSEMBLE.ORTEC在α谱仪上采用超低本底和PIPS工艺（表面钝化、离子注入、可擦洗）硅探测器，同时真空舱室也为超低本底材料。

面积上提供300、450、490、600、900和1200平方毫米的选择，有效耗尽层100μm。

结构特性与性能指标：样品直径可从13mm至51mm。

探测器与被测样品之间有10档距离可选，相邻两档之间的距离差为4mm，最大距离可达44mm。

真空计：围10mTorr到20Torr（1 Torr ≈ 133.322 Pa）。

探测器偏压：围0±100V，大小和正负极性可调节。

漏电流检测器：围0到10,000nA，显示分辨率3nA。

脉冲产生器；围0到10MeV，稳定性<50ppm/ºC，脉冲的幅度可调。

数字化MCA(多道脉冲幅度分析仪)：通过软件可设置系统转换增益(道数)为256、512、1024、2048或者4096道，细调增益为0.25到1；增益稳定性：≤150ppm/ºC；每个事件的转换时间(死时间)：<2µs。

滤膜对α-放射性气溶胶取样性能研究

的需要。
１取样实验
取样装置如图１示。首先在采样头中装所好取样滤膜，后开启吸气泵，气溶胶粒子的然含
空气流经装有滤膜的采样头、采样杆和流量计，气溶胶粒子被采样膜收集。采用ＯＴＣ八通ＲＥ
计算得到：
一
图１氡子体气溶胶采样装置不意图
ｃ孔隙率为５；ｍ，％混合纤维素脂滤膜平均孔径为０８ｔ质量厚度为４９ｇｃ孔隙率．ｚｍ，．１／ｍ，ｍ
合态粒子，粒径大致在００１ｍ～．ｍ之．００５间Ｊ。放射性气溶胶可以通过呼吸、肤吸收皮
等途径侵人人体，中部分放射性物质将滞留其
孔径为０８ｍ的混合纤维素酯滤膜和玻璃纤．维滤膜三种滤膜，以氡子体气溶胶为取样对象，分别测量了上述三种滤膜对气溶胶取样的过滤效率、自吸收、面收集特性以及阻力与取样流表
收小及高表面收集特性的滤膜，有利于提高监测速度和被测的能量分辨率，将后者有利于辐射体的
准确监测和成分分析。研究选用三种不同类型滤膜采集氡子体气溶胶，测定了滤膜对气溶胶取样的过滤效率、自吸收因子、表面收集特性以及阻力与流量的关系参数。在气溶胶浓度、取样流量和取样时问相同的条件下，平均孔径为０８．ｍ的混合纤维素酯滤膜的过滤效率最高，自吸收损失较小；孔径为０４．

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅａｅｒｏｓｏｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎａｌｐｈａｓｐｅｃｔｒｕｍ
ｃｈａｎｎｅｌｐｕｌｓｅａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎａｌｙｚｅｒ
０引言
在核设施周围环境监测长寿命人工放射性气溶胶会受到天然放射性气溶胶的干扰，尤其是在
一
定借鉴。
关键词：放射性气溶胶；核探测；能谱；半导体探测器；多道脉冲幅度分析器中图分类号：ＴＰ８１６＋．２，ＴＬ８１７＋．２文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２—７６４９（２０１４）０２— ０１１７— ０４ｄｏｉ：１０．３４０４／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２— ７６４９．２０１４．０２．０２４
第３６卷第２期
２０１４年２月
舰
船
科
学
技
术
Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．２Ｆｅｂ．，２０１４
ＳＨＩＰＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ
基于ＯＬ能谱分析的放射性气溶胶监测仪硬件设计
刘明健，闫学昆，罗明，谷铁男
Ｈａｒｄｗａｒｅｄｅｓｉｇｎｏｆｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅａｅｒｏｓｏｌｍｏｎｉｔｏｒｂａｓｅｄｏｎａｌｐｈａｓｐｅｃｔｒｕｍａｎａｌｙｓｉｓ
ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅａｅｒｏｓｏ１．Ｗｅｐｒｏｖｉｄｅｈｉｇｈｌｉｅｍｅ，ａｓｗｅｌｌａｓｓｏｌｕｔｉｏｎｓｆｏｒｋｅｙ
ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｃｏｎｓｕｈｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅａｅｒｏｓｏｌｍｏｎｉｔｏｒ．
ＬＩＵＭｉｎｇ－ｊｉａｎ，ＹＡＮＸｕｅ — ｋｕｎ，ＬＵＯＭｉｎｇ，ＧＵＴｉｅ — ｎａｎ
（ＮａｖａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｕｃｌｅａｒａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＳａｆｅｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７７，Ｃｈｉｎａ）
ａｎａｌｙｓｉｓｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｅａｋ— ｐｏｓｉｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆａｌｐｈａｓｐｅｃｔｒａｉｎａｒｔｉｉｃｆｉａｌｉｓｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
（海军核化安全研究所，北京１０００７７）摘要：介绍一种基于ａ能谱分析的放射性气溶胶监测仪的设计。仪器设计根据天然放射性气溶胶与
人工放射性气溶胶能谱分布特性的不同，采用多道脉冲幅度分析技术消除天然放射性对人工放射性气溶胶监测的影响。本文着重阐述仪器硬件的设计方案和关键技术的解决，对此类放射性气溶胶监测仪的研制提供
ｆｒｏｍｔｈａｔｏｆｎａｔｕｒａｌｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅａｅｒｏｓｏｌ，ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｍｕｌｔｉ — ｃｈａｎｎｅｌｐｕｌｓｅａｍｐｌｉｔｕｄｅａｎａｌｙｓｉｓｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅｒｅｓｕｌｔｅｄｒｏｆｍｎａｔｕｒａｌｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅａｅｒｏｓｏｌｉｎｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆａｒｔｉｉｃｆｉａｌ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：
ｒａｄｉｏａｃｔｉｖｅａｅｒｏｓｏｌ；ｎｕｃｌｅａｒｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ａｌｐｈａｓｐｅｃｔｒｕｍ；ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｄｅｔｅｃｔｏｒ；ｍｕｌｔｉ－